JP7347334B2 - 電気加熱式触媒装置 - Google Patents
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Description
電気加熱式触媒装置1は、例えば自動車等の排気経路上に設けられ、エンジンから排出される排気ガスを浄化する装置である。図1に示すように、電気加熱式触媒装置1は、担体10、下地層4、櫛状電極5、および固定層6を備えている。図2に示すように、電気加熱式触媒装置1は、排気管71内に挿入されており、セラミックス等からなる保持マット72を介して、排気管71内に保持されている。
図1に示すように、担体10は、外径が円柱状のセラミックスからなる多孔質部材であり、その内部はハニカム構造10aを有しており、担体10の中心軸CLに沿って延在した複数の空孔により、担体10の内部を排気ガスが通過することができる。
第2下地層4bは、酸化鉱物からなる酸化鉱物粒子が分散しており、この酸化鉱物粒子を金属マトリクスで連結した層である。具体的には、金属マトリクスは、NiCr合金またはMCrAlY合金(但し、MはFe、Co、Niのうち少なくとも一種)などを挙げることができる。酸化鉱物は、SiO2やAl2O3などの酸化物を主な成分とするものであり、例えば、ベントナイトやマイカあるいはそれらの混合物などからなることが好ましい。本実施形態では、第2下地層4bは、第1下地層4aの表面に金属マトリクスとなるNiCr合金粒子と酸化鉱物粒子となるベントナイト粒子とを混合した混合粉末を溶射した層である。
本実施形態では、電気加熱式触媒装置1は、図1に示すように、Fe-Cr合金(例えばステンレス鋼)などの導電性を有した金属からなる一対の櫛状電極5、5を備えている。一対の櫛状電極5、5は、中心軸CLを挟んで、担体10の外周面10bの反対側となる位置(担体10を中心軸CL周りに180°回転させた位置)に配置されている。
図1~図3に示すように、固定層6は、各配線部51の両側において、その一部を覆うように下地層4と接合されることにより、各配線部51を、下地層4に固定している。すなわち、本実施形態では、固定層6を介して、配線部51が下地層4(第2下地層4b)に固定されている。図1および図3に示すように、各櫛状電極5を固定する複数の固定層6は、周方向D2に沿って千鳥状に配置されている。なお、固定層6は、直線状に並列に配置されていてもよい。固定層6は、第2下地層4bで例示した材料からなり、本実施形態では、第2下地層4bと同じ材料からなってもよい。
櫛状電極5の拡幅部53は、延在部54と連結部52との間に形成されている。拡幅部53は、延在部54から連結部52に進むに従って、延在部54の幅から連結部52の幅B1に近づくように、台形状に幅が広がった形状を有している。これにより、電気加熱式触媒装置1を取付ける際に、櫛状電極5の延在部54に張力が作用したとしても、その張力は、拡幅部53で、櫛状電極5の幅方向に分散されるため、各配線部51に均一に分散させることができる。この結果、張力に起因した配線部51の損傷を抑えることにより、櫛状電極5を介して担体10を均一に加熱することができる。
以下に図1に示す電気加熱式触媒装置1の製造方法を、図4A~図4Eを参照して説明する。
まず、図4Aに示すように、セラミックスからなる担体10の外周面10bに、下地層4を成形する。なお、下地層4を成形する工程では、一対の下地層4,4を成形する。具体的には、まず、上述した金属触媒が担持された担体10を準備し、この担体10の外周面10bに、SiC(炭化珪素)粒子とSi(珪素)粒子を分散媒で分散させたペースト材を塗布し、これを焼成することにより、第1下地層4a、4aを成形する。ここで、ペースト材の塗布は、スクリーン印刷により行ってもよい。この後、金属触媒を担持する。
次に、図4Bに示すように、担体10の周方向D2に沿って複数の配線部51が延在するように、複数の配線部51が形成された櫛状電極5を含む電極シート50を下地層4の表面に配置する。
次に、下地層4に固定する工程において、複数の配線部51を下地層4の表面に倣わせた状態で、各配線部51の一部を覆うように下地層4に固定層6を接合し、各配線部51を、下地層4に固定する。
電極シート50から、櫛状電極5が下地層4に残るように、電極シート50の一部を切り離す。具体的には、櫛状電極5が下地層4に残るように、櫛状電極5以外の部分を電極シート50から切断する。
図4A~図4Eに示す手順に従って、実施例3に相当する図7に示す電極シートを用いて、図1に示すような電気加熱式触媒装置を作製した。まず、直径80mm、長さ65mmのSiC粒子とSi粒子を主材とした担体を準備し、この担体に金属触媒を担持させた。なお、単体のSiC粒子とSi粒子との合計量に対して、SiC粒子は、70体積%であり、Si粒子は、30体積%である。この担体の周面に、SiC粒子およびSi粒子を混合したペースト材を塗布し、これを焼成して第1下地層を成形した。なお、固定層のSiC粒子とSi粒子との合計量に対して、SiC粒子は、60体積%であり、Si粒子は、40体積%である。第1下地層は、第1下地層全体に対して、気孔率40体積%となり、厚さ0.23mmの多孔質層であった。次に、第1下地層の上に、Ni-50CrからなるNiCr粒子(32体積%)とベントナイト粒子(68体積%)を混合した溶射粉末を、プラズマ溶射により溶射し、多孔質の第2下地層を成形した(図4A参照)。第2下地層は、第2下地層全体に対して、気孔率が10体積%となり、厚さ0.1mmの多孔質層であった。
実施例6と同じようにして、電気加熱式触媒装置を作製した。実施例6との相違点は、図5Fの比較例1に係る櫛状電極5Fに相当する電極シートから電気加熱式触媒装置を作製した点である。
Claims (3)
- 金属触媒が担持された円柱状の担体と、
前記担体の軸方向に間隔を開けて配列され、かつ、前記担体の周方向に沿って延在する複数の配線部と、前記複数の配線部の一端を連結する連結部と、前記連結部に対して前記複数の配線部側とは反対側に向かって延在した帯状の延在部と、を備えた一対の櫛状電極と、
前記担体の外周面に形成され、前記櫛状電極と前記担体との間に介在する下地層と、
前記各配線部の一部を覆うように前記下地層と接合されることにより、前記各配線部を、前記下地層に固定する固定層と、を備えた電気加熱式触媒装置であって、
前記軸方向と直交する方向において、前記延在部の幅は、前記連結部の幅よりも狭く、
前記延在部と前記連結部との間には、前記延在部から前記連結部に進むに従って、前記延在部の幅から前記連結部の幅に近づくように、台形状に幅が広がった拡幅部が形成されており、
前記拡幅部の幅方向の中央には、前記延在部から前記連結部に向かって延びた長孔が形成されていることを特徴とする電気加熱式触媒装置。 - 前記連結部の幅と、前記連結部側の前記拡幅部の幅とが一致しており、
前記延在部の幅と、前記延在部側の前記拡幅部の幅とが一致していることを特徴とする請求項1に記載の電気加熱式触媒装置。 - 前記連結部の幅をB1とし、前記連結部の幅方向と直交する方向の前記拡幅部の長さをH1とするときに、H1/B1が、0.28~1.12の範囲にあることを特徴とする請求項2に記載の電気加熱式触媒装置。
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